Calculadora de números Reynolds
Calcular el número de Reynolds para determinar si un flujo de fluido es laminar o turbulento.
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Entendiendo el número de Reynolds
El número de Reynolds es un parámetro fundamental sin dimensiones en la mecánica de fluidos que cuantifica la relación entre fuerzas inerciales y fuerzas viscosas en un fluido fluído. Se llama después de Osborne Reynolds, quien popularizó su uso en los años 1880, este número sirve como un indicador crítico para predecir patrones de flujo y comportamiento.
Antecedentes históricos
El concepto fue introducido por primera vez por George Stokes en 1851, pero fue Osborne Reynolds quien realizó experimentos pioneros en 1883 que demostraron su significado práctico. Reynolds usó un aparato simple pero ingenioso con agua tibia fluyendo a través de un tubo de vidrio para visualizar la transición de flujo laminar a flujo turbulento. El número sin dimensiones fue nombrado después de Reynolds por Arnold Sommerfeld en 1908.
Significado físico
El número Reynolds representa la proporción de fuerzas inerciales (que impulsan el movimiento fluido) a fuerzas viscosas (que resisten el movimiento). Esta relación determina si un flujo será:
- Laminar:En números bajos de Reynolds, las fuerzas viscosas dominan, dando como resultado un flujo suave y ordenado con capas de fluido que se deslizan unos a otros en caminos paralelos.
- Transición:En números intermedios de Reynolds, el flujo comienza a mostrar inestabilidades y oscilaciones entre las características laminares y turbulentas.
- Turbulento:En números altos de Reynolds, las fuerzas inerciales dominan, creando patrones de flujo caóticos e irregulares con eddies, vortices y otras inestabilidades de flujo.
Valores críticos y aplicaciones
El número crítico de Reynolds que marca la transición de flujo laminar a flujo turbulento varía dependiendo de la geometría del flujo:
- Para el flujo en una tubería: la transición comienza típicamente en Re ♥ 2300
- Para el flujo sobre una placa plana: la transición ocurre alrededor de Re Ω 500.000
- Para el flujo alrededor de una esfera: la transición ocurre alrededor de Re ♥ 2×105
El número Reynolds encuentra aplicaciones en diversos campos de ciencia e ingeniería:
- Ingeniería civil: diseño de sistemas de distribución de agua y redes de alcantarillado
- Ingeniería aeroespacial: análisis de flujo de aire alrededor de alas y cuerpos de aeronaves
- Ingeniería química: diseño de reactores y sistemas de mezcla
- Ingeniería biomédica: estudio del flujo sanguíneo en vasos y órganos artificiales
- Ingeniería ambiental: modelado de flujos atmosféricos y oceánicos
- El número de Reynolds en la aorta humana durante el flujo sanguíneo normal es de aproximadamente 1.000, indicando principalmente flujo laminar.
- Para aeronaves comerciales, el número de Reynold puede exceder de 107, fuerte flujo turbulento.
- El número de Reynolds para las bacterias de natación es alrededor de 10-4, indicando un régimen de dinámicas de fluidos completamente diferente donde dominan las fuerzas viscosas.
Fórmula Reynolds Número
El número Reynolds es una cantidad sin dimensiones utilizada para predecir patrones de flujo en diferentes situaciones de flujo de fluidos.
Donde:
- Re = Número de Reynolds (sin distinción)
- = Densidad fluida (kg/m3)
- v = Velocidad de flujo (m/s)
- L = Longitud característica m)
- μ = Viscosidad dinámica (Pa·s)
Cómo calcular
Para calcular el número Reynolds, siga estos pasos:
-
1Determinar la densidad del fluido (ρ)
-
2Medir la velocidad de flujo (v)
-
3Determinar la longitud característica (L)
-
4Encuentra la viscosidad dinámica (μ)
-
5Multiply densidad, velocidad y longitud, luego dividir por viscosidad
Régimenes de flujo
El número Reynolds ayuda a determinar el tipo de flujo:
- Re< 2300: Laminar flow (smooth, orderly flow)
- 2300 ≤ Re< 4000: Transitional flow
- Re ≥ 4000: Flujo turbulento (caótico, flujo irregular)
- Estos valores son aproximados y pueden variar dependiendo de la aplicación específica
- La transición entre los regímenes de flujo no es abrupta sino gradual
- Otros factores como la rugosidad superficial pueden afectar la transición
Ejemplos prácticos
Ejemplo 1Agua en una tubería
Calcular el número de Reynolds para el flujo de agua a través de una tubería de 2 cm de diámetro a 1 m/s.
ρ = 1000 kg/m3
v = 1 m/s
L = 0.02 m
μ = 0,001 Pa·s
Re = (1000 × 1 × 0,02) / 0,001 = 20.000
Ejemplo 2Flujo de aire
Calcular el número Reynolds para el flujo de aire sobre una placa de 1 m de ancho a 5 m/s.
ρ = 1.225 kg/m3
v = 5 m/s
L = 1 m
μ = 1,81 × 10−5 Pa·s
Re = (1.225 × 5 × 1) / (1.81 × 10−5) = 338.398